大型化工企业冷冻水制备系统节能优化改造

方立军，张占超

(1.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北保定071003；2.乐凯胶片股份有限公司，河北保定071000)

大型化工企业冷冻水制备系统节能优化改造

方立军1，张占超2

(1.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北保定071003；2.乐凯胶片股份有限公司，河北保定071000)

摘要：从节能的角度出发，针对某大型化工企业冷冻水制备系统运行过程中存在的问题，并结合公司实际情况确定了制冷系统的节能优化改造方案。通过对离心制冷机替代溴化锂制冷机、安装螺杆制冷机、风机水泵节能改造、循环补充水的中水替代等方案的实施，进行优化改造后冷冻水制备系统经济和节能效益分析。方案实施后不但取得较好的节能效益，也带来了比较大的经济效益，2014年水的消耗量降低65.5%，水单耗降低68.5%，电单耗下降8.7%，全年节约费用为121.7万元，实现综合能耗同比下降5.23%。

关键词：大型化工企业；制冷系统；节能；优化改造

中图分类号：TB69

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.08.008

收稿日期：2015-05-15。

基金项目：河北省自然科学基金(B2014502056)。

作者简介：方立军(1971-)，男，副教授，博士研究生，主要从事洁净煤技术和大气污染物控制等方面的研究，E-mail：fanglijun2009@163.com。

Abstract：From energy saving point of view, the energy-saving optimization scheme of chilled water refrigeration system for Lucky Film Co., Ltd. was determined by problems in the refrigeration operation system and the company’s practical situation. The exact schemes were the centrifugal refrigeration machine instead of lithium bromide absorption refrigerating machine, installing screw chiller, and fan and pump energy saving transformation and water substitute for circulating water and so on. Analysis of economic and energy saving benefit of chilled water preparation system after optimization and reform was presented. The results show that the optimal modification was not only achieved better energy-saving effect, but also improved economic and social the benefits. In 2014, the amount of water used reduced to 65.5%, the water and electricity consumption per cooling capacity reduced to 68.5% and 8.7% respectively, and the cost reduction amounts up to 1.217 million Yuan. The comprehensive energy consumption was dropped by 5.23%.

Keywords：large chemical enterprises；refrigeration system；energy-saving；optimal modification

0引言

随着我国经济的增长，如何改变目前我国单位产品能耗远高于世界先进水平国家的问题日益突出，节能降耗已成为我国经济发展的一项长期战略方针[1,2]。当今社会，制冷技术广泛地应用于工业生产过程，它在提高工艺生产技术水平的同时，所引起的严峻的能源和环境问题受到越来越多的关注[3～5]。因此，对化工企业的用能大户制冷系统进行优化设计和节能改造，对企业来说具有很大的经济性和必要性，也具有良好的社会效益。

乐凯胶片股份有限公司是始建于建国初期的大型化工企业，制冷系统生产的冷冻水供片基、涂布等车间工艺生产、生活空调的需要，循环冷却水用于本系统和TAC、片基生产使用。由于早期的冷冻水制备系统存在装机容量大、高耗能设备多、工艺管理中节能意识不强等问题，造成了能源上的极大浪费。虽然经过几次节能改造取得了一定的效果，但该系统所消耗的能源占公司总能源消耗的比例仍然较大，具有较大的节能空间。因此本文针对公司制冷系统运行过程中存在的问题进行优化设计，对企业降低运行成本，提升产品质量，创造效益以及落实国家节能减排政策和推动低碳经济发展方面具有重要的现实意义。

1冷冻水制备系统介绍

冷冻水制备系统工艺流程如图1所示，系统由两部分组成：一部分是循环水泵房和冷却塔；另一部分是冷冻水泵房和制冷机房。此两部分冬夏季进行转换，冬季日平均气温低于10 ℃时通过冷却塔自然冷却供出冷冻水，其他季节以制冷机为主供出冷冻水。制冷系统24 h连续运转生产。

优化前，冷冻水制备系统由5台制冷机组构成，1号和2号为2005～2010年间安装的离心机，1号离心机制冷量为6 329 kW，2号离心机制冷量为6 680.4 kW。3号、4号分别为1992年和1996年安装运行的双效溴冷机组，5号机组为2001年投入使用的双效溴冷机组。

图1　冷冻水制备系统工艺流程简图

2冷冻水制备系统运行过程中存在的问题

(1)溴冷机为早期设计，消耗能源为蒸汽，工艺相对落后，效率较低，属高耗能设备，另外，由于运行年限较长以及溴冷机的腐蚀等问题，近年来溴冷机换热铜管已连续出现4次破损内漏，虽已修复但已不能稳定生产。制冷系统运行中以两台离心机组为主要生产设备，3台溴冷机作为备用机组。根据近两年的生产情况，夏季高峰用冷时缺口大约1 163 kW左右，此时需开启2台溴冷机组，能耗较高；另外在初春、秋冬交替和节日长假期间的用冷量也较小，但由于离心机单机容量较大，若开启离心机，机组在部分负荷工况下运行，效率降低。

(2)动力设备设计容量偏大，额定转速运行，电量消耗大。

由于前期设计思想比较保守，过分强调安全性，对节能方面的考虑较少，因此水泵和风机都是按照最大负荷进行选配的，且还需要留有一定的富裕量，而实际运行中，制冷机组处于部分负荷下运行，一般都通过人工对风门、阀门的开度进行调节来达到控制流量和压力的目的，造成较大的节流损失和大流量、高压力、低温差的现象。

(3)冷却塔水量损失大，冷却水用水量大。

由于早期制冷系统为吸收式制冷机组，其冷却冷凝及吸收过程都要放出大量的热量，同等制冷量下约为蒸汽压缩式制冷机组的2倍，使得制冷系统的放热量以及冷却水的用量都较大。在更换为离心机后，冷却塔并没有重新设计，使得冷却塔的容量偏大，虽然冷却效率得到提升但冷却水的循环量偏大，由于蒸发损失、风吹损失、排污损失的存在也导致了冷却水系统的补水量增加。

另外公司各单位生产中所产生的污水经过处理后制备成中水，每年生产中水20余万t，除了用于厕所冲水和灌溉草地外，大多排入市政管网，造成了很大浪费。

(4)工况变化频繁，供水温度不稳定

由于公司用冷车间和用户较多，制冷系统受用户影响，供水温度不稳定，造成冷量损失。

在中国跨境电商的发展过程中，由于其涉及的环节较多，在每个环节都会产生相对应的退换货情况，而跨境物流周期长，在其中隐藏存在多种风险，货品的丢失、 海关和商检的风险、错误的配送地址等问题，大大制约了退货和换货。再者，在中国跨境物流中缺乏完善的退货通道，难以实现退换货。

3节能优化改造方案

结合公司的实际情况，对冷冻水制备系统的节能优化改造，采用了下列主要技术措施。

3.1　离心制冷机替代溴化锂制冷机

由于3号、4号溴冷机工艺落后，能效较低，而改造前的主要运转设备1号、2号离心制冷机的平均能效比也仅为5.5左右。因此淘汰处理3号、4号溴冷机组，回收的资金用于购置能效比较高的离心机。通过招标，确定更新机组为某公司高效离心制冷机，设计工况下的能效比为5.9。新离心机投入使用后，替代1号离心机组长期运转，在夏季高峰用冷期间开启2号离心机替代原来运行的溴冷机组。

3.2　安装螺杆制冷机

为了综合利用闲置处理设备，减少集团公司的整体经济损失，经过调研乐凯数码公司的双螺杆冷水机组，并综合考虑动力车间制冷一段现有制冷机组的生产能力、能效比和供冷情况，将数码公司已闲置的双机头螺杆冷水机组拆除安装到制冷一段机房。新安装的螺杆冷水机组，投入运行后可在夏季高峰用冷时代替能耗较高的溴冷机组，另外在初春、秋冬交替和节日长假期间用冷量比较小的情况下替代2号离心机组运行，实现更加高效的经济运行。

3.3　风机水泵节能改造

冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化做出相应调节，存在很大的浪费。目前变频调速技术以其卓越的调速性能、完善的保护功能、显著的节能效果和简单易行的自动调节特性成为企业技术改造和节能降耗行之有效的手段[6,7]。采用增加变频器来实现动力装置的变速调节。水泵风机布置如图2所示。

图2　冷冻水制备系统工艺流程图

(1)33号、34号冷冻水送水泵，加装变频器，设定恒定供水压力；

(2)21号、22号循环水送水泵，加装变频器，设定恒定供水压力；

(3)30号循环水供水泵，作为备用泵，供水量小时使用，叶轮车小，更换为高效电机；

(4)25号循环水上塔泵，冬季使用，原大马拉小车，更新选型为55 kW电机；

(5)7号、9号循环水风机维修更新。

3.4　循环补充水的中水替代

从中水主管网接中水管至循环水反冲过滤罐，将中水中部分杂质进行沙滤后补充进循环水塔中，加装一块计量表。

3.5　冬夏季之交倒车改造

冷冻水制备系统，一年中分两种运行模式。夏季，由制冷机制备6 ℃冷冻水；冬季，通过循环水塔自然降温供各用户，每年运行一个采暖季。在春夏之交，为了节约能源，尽量晚开制冷机，减少电消耗。但是，春夏之交气候温度波动较大，每年3月底4月初，早晚温差较大，中午气温高于20 ℃时，制冷机需开启，早晚靠自然降温就能满足要求，系统调整会带来供出水温的波动。

为满足用户需求，保持供水温度恒定，加装管道循环泵，作为制冷机的旁路，从根本上解决了这一问题。

3.6　经济运行方案

因氨压缩站、空压站及片基车间用循环水作为冷却水使用，总共用水量约600 t/h，故采取如下运行方案。

(1)冬季供水时，制冷机组及冷冻泵停，只开循环水系统，此时为两级泵供水，在保证外送压力的情况下，经济运行方案如表1所示。

(2)其他季节供水时，制冷机组和冷冻泵经济运行方案如表2所示。

此时，循环水系统为一级泵供水，其经济运行方式如表3所示。

表1　冬季水泵经济运行方案

表2　其他季节经济运行方案

表3　循环水系统经济运行方案

3.7　夜间蓄冷

为充分利用夜晚室外温差以及后夜电价为谷值特点，通过运行改进，后夜开足循环水风机，降低循环水温度；使制冷机电消耗减少的同时，降低冷冻水回水池内温度，从而可实现夜间蓄冷的目的。

4优化改造后的经济和节能效益分析

优化改造后冷冻水制备系统经济和节能效益如图3和表4所示。从中可看出，2013年，水电的消耗量分别降低19.9%和12.8%，水单耗和电单耗分别降低16.9%和9.6%，全年节约费用为40.9万元。2014年水的消耗量降低65.5%，水单耗降低68.5%，由于制冷量增加9.5%，全年耗电与2013年持平，但是电单耗下降8.7%，全年节约费用为121.7万元，较2013年多节约费用80.8万元，为2013年的3倍。

图3　优化改造后的能耗统计及年变化率情况

表4　优化改造后冷冻水制备系统能耗及费用统计

通过采取节能技术改造、开展设备经济运行、完善绩效考核制度等措施，实现综合能耗同比下降5.23%。

5结论

针对乐凯胶片股份有限公司冷冻水制备系统运行过程中存在的问题，提出了节能优化改造方案，并对节能优化改造后的节能和经济效益进行了分析。通过采取节能技术改造、开展设备经济运行、完善绩效考核制度等措施，不但取得较好的节能效益，也带来了比较大的经济效益，实现综合能耗同比下降5.23%。

参考文献:

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[7]杨诗成,王喜魁.泵与风机(第四版)[M].北京:中国电力出版社,2012.

The Energy-saving Optimization of Chilled Water Refrigeration System for a Large Chemical Enterprise

Fang Lijun1，Zhang Zhanchao2

(1. North China Electric Power University, Baoding, 071003, China；2.Baoding Lucky Film Co., Ltd., Baoding, 071000, China)